WO2017122386A1 - 電界発光素子 - Google Patents

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WO2017122386A1
WO2017122386A1 PCT/JP2016/075120 JP2016075120W WO2017122386A1 WO 2017122386 A1 WO2017122386 A1 WO 2017122386A1 JP 2016075120 W JP2016075120 W JP 2016075120W WO 2017122386 A1 WO2017122386 A1 WO 2017122386A1
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WO
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light
wavelength
electroluminescent element
emission
light emitting
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PCT/JP2016/075120
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English (en)
French (fr)
Inventor
耕 大澤
孝二郎 関根
木村 直樹
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/80Constructional details
    • H10K50/85Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/852Arrangements for extracting light from the devices comprising a resonant cavity structure, e.g. Bragg reflector pair
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B33/22Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
    • H05B33/24Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers of metallic reflective layers
    • HELECTRICITY
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    • H10K59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80Constructional details
    • H10K59/875Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K59/876Arrangements for extracting light from the devices comprising a resonant cavity structure, e.g. Bragg reflector pair

Definitions

  • the present invention relates to an electroluminescent element.
  • JP2015-038859A Japanese Patent No. 2013-157226 JP 2014-048610 A
  • Patent Document 1 Although adjustment of light emission spectrum and light distribution control are considered, there is a design in which the color of reflected light is white while the light distribution is directed to the front. The problem is unclear.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a monochromatic electroluminescent device capable of preventing coloring of reflected light when illuminated with white light while ensuring light intensity within a certain angle range from the front. With the goal.
  • This electroluminescent element is an electroluminescent element that emits a single color and has a plurality of functional layers, has an absorption peak at the emission wavelength, and at least in the complementary color region of the emission wavelength in the wavelength range of 380 nm to 780 nm.
  • the absolute value of the deviation ( ⁇ uv) from the black body locus of the color coordinates of the front reflected light at the time of white illumination, including one or more absorption peaks, is less than 0.02, and the angular dependence of the emission intensity is represented by D ( ⁇ )
  • the refractive indexes and film thicknesses of the plurality of functional layers are configured so as to satisfy the expression D ( ⁇ ) ⁇ D (0) cos ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D ⁇ 60 degrees).
  • this electroluminescent element it is possible to provide a monochromatic electroluminescent element capable of preventing coloring of reflected light when illuminated with white light while ensuring light intensity within a certain angle range from the front.
  • FIG. It is a figure explaining the electroluminescent element in Embodiment 1, and its optical arrangement
  • (A) is sectional drawing which shows the specific structure of the electroluminescent element of Embodiment 1
  • (B) is a figure which shows the optically equivalent model of the electroluminescent element of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between a color matching function and a wavelength. It is a diagram showing a relationship between hue H 0 for a particular wavelength lambda 0. Is a diagram illustrating the relationship between the light and the hue H 0 of a particular wavelength lambda 0. It is a figure which shows the procedure which determines the wavelength range of a complementary color.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of an electroluminescent element according to a third embodiment. 6 is a diagram showing an optically equivalent model of the electroluminescent element of Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 9 is a diagram showing an optically equivalent model of the electroluminescent element of Embodiment 4, wherein (A) is an electroluminescent element provided with a microcavity on the transparent substrate side, and (B) is a microcavity on the reflective electrode side. It is a figure which shows the electroluminescent element which provided.
  • FIG. 19 is a diagram showing an optically equivalent model of an electroluminescent element of another form of Embodiment 4, and (A) shows the electroluminescent element provided with microcavities on both sides of the transparent substrate side and the reflective electrode side. (B) is a figure which shows the electroluminescent element which provided two layers of microcavities in the transparent substrate side.
  • FIG. 6 is a diagram showing an optically equivalent model of the electroluminescent element of Embodiment 5, where (A) is an electroluminescent element provided with an optical buffer layer on the transparent substrate side, and (B) is an optical element on the reflective electrode side. It is a figure which shows the electroluminescent element which provided the buffer layer.
  • FIG. 10 is an optical schematic diagram of an electroluminescent element according to a sixth embodiment. It is a figure which shows the reflectance calculation result of the electroluminescent element in Embodiment 6. FIG. It is a figure which shows the angle dependence calculation result of the light-emitting luminance of the electroluminescent element in Embodiment 6. It is a figure which shows the reflectance calculation result of the electroluminescent element in Embodiment 7. FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing a microcavity of another configuration in the eighth embodiment.
  • FIG. 20 is an optical schematic diagram of an electroluminescent element according to a ninth embodiment. It is a figure which shows the specific structure of the electroluminescent element in Embodiment 9.
  • FIG. It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the electroluminescent element in Embodiment 9.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electroluminescent element 1 and its optical arrangement in the present embodiment.
  • a space between the reflective electrode 111a and the transparent electrode 111c can be regarded as a minute resonator. Resonance absorption occurs when the resonator becomes resonant. This means that the phase change is an integral multiple of 2 ⁇ in consideration of the Fresnel reflection coefficient, and is given by the following equation (3).
  • the electroluminescent element 1 shown in FIG. 2 will be described using an organic EL element that emits red light.
  • the present embodiment is not limited to the organic EL element but is applied to an optically equivalent element such as an LED or an inorganic EL. Is possible. Further, the present invention can be applied not only to an element that emits red light but also to an element that emits blue or green light.
  • the organic EL light emitting element is configured by providing a light emitting region on the transparent substrate 101 and then covering with a sealing member (not shown) that prevents intrusion of moisture that degrades the organic EL. In order to maintain the sealing performance around the light emitting region, there is a certain non-light emitting region.
  • the bottom emission type electroluminescent element has been described, but a top emission type in which light is emitted toward the sealing member side may be used.
  • the surface light emitting panel using the electroluminescent element 1 includes a non-light emitting portion in a part of the light emitting panel in order to provide a sealing region for preventing deterioration of the light emitting region and an electrode for power supply.
  • the light emitting panel has flexibility, it has an advantage that it can be arranged along an arbitrary shape.
  • the non-light emitting portion is more flexible than the light emitting portion and is thinner than the light emitting portion, there is an advantage that the width of the non-light emitting portion can be reduced by overlapping when tiling.
  • the position d of the light emitting point is determined by the film thickness of the electron injection layer 111b1, the electron transport layer 111b2, and the photon generation layer 111b3. Therefore, the film thickness of the light emitting functional layer 111F is determined. In other words, it is included in the design. By configuring in this way, it is possible to realize a light emitting element in which external light reflections appear to be uncolored at the time of non-light emission while ensuring light intensity within a certain angle from the front.
  • the range of the desired hue H is rephrased as “desirably within ⁇ 60 ° from the hue of the original hue Ho180 °” in the case of Equation (4), and Equation (5) In other words, “it is more desirable to be within ⁇ 30 ° from the hue of the original hue Ho + 180 °”.
  • Equation (6) The xy color coordinates when light is emitted with a single wavelength single color are calculated as shown in Equation (6) from the visibility of a specific wavelength according to the definition of CIE.
  • SX, SY, and SZ are equal color functions related to tristimulus values X, Y, and Z in the CIE XYZ color system, and are given as shown in FIG.
  • is the wavelength and is defined here in nanometers.
  • P ( ⁇ ) is the power spectrum of light.
  • the RGB values in the sRGB color space are calculated as shown in Equation (8) using the tristimulus values XYZ.
  • HSV value is calculated as shown in Equation (9) using the RGB values.
  • the procedure for finding the above complementary colors is shown in FIG. Further, the complementary color wavelength range determined by this procedure is as shown in FIG. 7 based on the equation (4). Based on the formula (5), it is as shown in FIG. In this way, the wavelength range corresponding to the “complementary color region of the emission wavelength” can be defined.
  • FIG. 9 shows a specific optical design table of the electroluminescent element 1 that emits red light shown in FIG.
  • the transparent electrode 111c has a configuration in which a base layer 111c2 and a thin film metal 111c1 for improving the smoothness of a thin film metal are sequentially laminated from the transparent substrate 101 side.
  • the constituent positions satisfying the requirements of this embodiment were examined by calculation.
  • the calculation of the light emission intensity and the reflectance is designed by using an optical multilayer analysis method.
  • the method described in Chapter 5 Section 1 of a well-known document “Kotaro Kajikawa et al., “Active Plasmonics”, Corona, first edition, first edition, 2013, pages 151 to 159).
  • the FDTD (Finite Difference Time Domain) method, the finite element method, the transfer matrix method, etc. which are well-known electromagnetic field analysis methods can also be used.
  • the internal emission spectrum of the photon generation layer is back-calculated using the electroluminescence spectrum (EL spectrum) at the time of current injection of the reference element, and the emission spectrum at the time of current injection is accurately calculated. I made an estimate.
  • EL spectrum electroluminescence spectrum
  • the method of estimating the internal spectrum using the current injection spectrum of the reference element can estimate the internal spectrum at the time of current injection more accurately than the method of estimating the internal emission spectrum using the photoluminescence spectrum of the material.
  • the complementary color range is preferably set to the range of the formulas (12) and (13). .
  • FIG. 10 shows the results of examining the front reflectance with respect to the film thickness L of the light emitting functional layer 111F. Further, in FIG. 10, graphs showing conditions for causing resonance absorption calculated using the equation (3) are drawn in an overlapping manner.
  • the condition of the expression (3) represents a condition in which the reflected light weakens.
  • a condition in which the absorption peak of Equation (3) is included in the complementary color wavelength region is obtained. It is assumed that the wavelength range of the complementary color obtained by Expression (4) or Expression (5) is ⁇ min ⁇ ⁇ c ⁇ ⁇ max. At this time, the condition that the absorption peak of Expression (3) is included in the complementary color wavelength region is expressed by Expression (14).
  • n EL ( ⁇ ) represents the refractive index of the light emitting functional layer 111F at the specific wavelength ⁇
  • ⁇ m ( ⁇ ) represents a phase change when light is reflected by the reflective electrode 111a
  • ⁇ a ( ⁇ ) is Represents a phase change when light is reflected by the transparent electrode 111c.
  • m is a natural number (1, 2, 3,).
  • the film thickness L is set so that any natural number m satisfies the condition of Expression (14). By doing so, it is possible to satisfy the condition of the present embodiment “at least one absorption peak is included in the complementary color region of the emission wavelength in the wavelength range of 380 nm to 780 nm”.
  • the range of the desired hue H is rephrased as “desirably within ⁇ 60 ° from the original hue Ho” in the case of equation (15), and in the case of equation (16) In other words, “it is more desirable to be within ⁇ 30 ° from the original hue Ho”.
  • the light emission wavelength ⁇ o is 660 nm, so that the desirable wavelength range of the absorption peak can be expressed by Expression (17) and Expression (18).
  • the wavelength range of the desirable absorption peak is expressed by the equations (19) and (20).
  • the desirable range of the absorption peak wavelength corresponding to the emission wavelength ⁇ o can be expressed as equation (22), with the wavelength range obtained by equation (15) or equation (16) as equation (21).
  • Embodiment 1 in an electroluminescent element that emits a single color and has a plurality of functional layers, it has an absorption peak at the emission wavelength and at least 1 in the complementary color region of the emission wavelength in the wavelength range of 380 nm to 780 nm”.
  • the conditions for “including the above-described absorption peak” have been described, but the main points will be summarized here particularly for an element that emits light in red (wavelength of 580 nm to 780 nm).
  • a desirable configuration for realizing the requirements of the present embodiment is as follows.
  • An example of a plurality of p is as follows.
  • FIG. 11 shows the result of calculating the deviation from the black body radiation line of the color coordinates of the front reflected light during white illumination.
  • FIG. 11 shows a result of calculating a spectrum when a standard light having a color temperature of 6500 K is irradiated with respect to the front reflectance of FIG. 10 and calculating an absolute value of the deviation ⁇ uv from the black body locus according to the definition of CIE.
  • FIG. 11 shows a result of calculating the deviation from the black body radiation line of the color coordinates of the front reflected light during white illumination.
  • FIG. 11 shows a result of calculating a spectrum when a standard light having a color temperature of 6500 K is irradiated with respect to the front reflectance of FIG. 10 and calculating an absolute value of the deviation ⁇ uv from the black body locus according to the definition of CIE.
  • the specific angle ⁇ D 20 degrees.
  • the distance d from the surface of the reflective electrode 111a to the light emitting point adopt a film thickness that maximizes the light emission luminance in order to increase the light emission efficiency and realize an energy saving element.
  • a film thickness d 70 nm that satisfies the conditions and maximizes the light emission luminance is adopted.
  • the film thickness L of the light emitting functional layer 111F and the distance d from the reflective electrode 111a to the light emitting point are expressed as “having an absorption peak at the emission wavelength and a wavelength of 380 nm to 780 nm”.
  • the absolute value of the deviation ⁇ uv from the black body locus of the color coordinates of the front reflected light in white illumination is less than 0.02
  • the refractive index and film thickness of a plurality of functional layers are configured so that D ( ⁇ ) ⁇ D (0) cos ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D ⁇ 60 °) is satisfied when the angle dependency is D ( ⁇ ).
  • Electroluminescent elements such as headlamps, front fog lights, side illumination lamps, side illumination lamps, low-speed driving side illumination lamps, vehicle width lamps, front upper end lamps, side lamps, number lamps, Rear light, rear fog light, parking light, rear upper edge light, brake light, auxiliary brake light, reverse light, direction indicator, auxiliary direction indicator, emergency flashing indicator light, emergency brake indicator light, and rear collision warning indicator light when used in equal, it is necessary to obtain at least a certain angle theta D following ranges specific luminance value.
  • the specific angle ⁇ D can be defined from an angle range that can be felt by human vision. It is important that lighting (signals, signal lights, car tail lamps, etc.) that is supposed to be seen by a person can obtain a specific brightness at least in an angular range where the person can see.
  • Human vision is: “The effective field of view with excellent information-accepting ability is only 30 degrees horizontal and 20 degrees vertical, and the stable field of view where the gazing point looks fast and stable is 60 to 90 degrees horizontally and 45 degrees vertically.
  • Embodiment 3 In Embodiment 3, two or more light emitting units that emit red light are vertically stacked, and the maximum intensity angle of the angle dependency of the light emission intensity when each unit emits light is different. And at least one absorption peak in the green and blue regions.
  • “emits red light” means that the center-of-gravity wavelength (emission wavelength) of the emission energy is included in the range from 580 nm to less than 780 nm, and preferably the chromaticity x when emitting light is 0.5 or more. means.
  • blue region means a region having a wavelength of 380 nm or more and less than 490 nm
  • green region means a region having a wavelength of 490 nm or more and less than 580 nm.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional structure of the electroluminescent element 2 of the present embodiment.
  • the electroluminescent element 2 is obtained by stacking a first light emitting unit 110B and a second light emitting unit 110C in the vertical direction.
  • FIG. 13 shows an optically equivalent schematic diagram of FIG. The configuration of each light emitting unit is the same as that of the first embodiment.
  • the electroluminescent element 2 of the present embodiment is configured such that the maximum intensity angle of the angle dependency of the emission intensity when each light emitting unit emits light alone is different. Further, the total thickness of the light emitting functional layers 111F with the light emitting units stacked satisfies the condition that the absolute value 0.02 of the deviation ⁇ uv from the black body locus of the reflected light of the standard light (D65) is less than 0.02. Configure the film thickness. By doing so, it is possible to realize a light emitting element capable of ensuring the intensity in a specific angle range, especially in the case of red, when external light reflections appear uncolored when not emitting light.
  • FIG. 14 shows an optically equivalent model of the electroluminescent elements 4A and 4B of the fourth embodiment.
  • 14A shows an electroluminescent element 4A provided with a microcavity 111M on the transparent substrate 101 side
  • FIG. 14B shows an electroluminescent element 4B provided with a microcavity 111M on the reflective electrode 111a side. Yes.
  • the electroluminescent element 4 of the present embodiment is characterized by including at least one microcavity 111M within the distance of the emission wavelength from the emission point.
  • the microcavity 111M is composed of “dielectric multilayer film in which dielectrics having different refractive indexes at the emission wavelength are stacked” or “negative dielectric / positive dielectric / negative dielectric” or a photonic crystal. .
  • the number of light emitting points is not one, but a plurality.
  • “a configuration in which two or more light emitting units are vertically stacked, and the maximum intensity angle of the angle dependency of the light emission intensity when each light emitting unit alone emits light is different.” It is desirable that it is configured as follows. With this configuration, it is easy to secure the light emission intensity within a specific angle range from the front while keeping the color deviation of the reflected light of the white light when the light is turned off small.
  • FIG. 15 shows an optically equivalent model of electroluminescent elements 4C and 4D according to another embodiment of the present embodiment.
  • 15A shows an electroluminescent element 4C in which microcavities 111M1 and 111M2 are provided on both sides of the transparent substrate 101 side and the reflective electrode 111a
  • FIG. 15B shows the microcavity 111M1 on the transparent substrate 101 side.
  • An electroluminescent element 4D provided with two layers of 111M2 is shown. Even in this configuration, an equivalent effect can be obtained.
  • the microcavity 111M1 on the transparent substrate side in FIG. 15A is configured to resonate in the wavelength region of the emission wavelength
  • the microcavity 111M2 on the reflective layer side is configured to resonate in the wavelength region of the complementary color of the emission wavelength. It is desirable to do.
  • the microcavity 111M1 has an advantage that the state density of light is high on the substrate side at the emission wavelength, and the front luminance can be improved.
  • the microcavity 111M2 on the reflective layer side can correct the color shift from white of the reflected light.
  • FIG. 16 shows an optically equivalent model of the electroluminescent elements 5A and 5B of the fifth embodiment.
  • 16A shows an electroluminescent element 5A provided with an optical buffer layer 111BF on the transparent substrate 101 side
  • FIG. 16B shows an electroluminescent element 5B provided with an optical buffer layer 111BF on the reflective electrode 111a side. Show.
  • the microcavity in the above-described fourth embodiment is configured with “negative dielectric / optical buffer layer / negative dielectric” as a unit at the emission wavelength. It is characterized by. With such a configuration, the peak of the absorption spectrum can be sharpened, and thus there is an advantage that the color of reflected light can be finely adjusted.
  • the optical buffer layer can be formed of a dielectric, a dielectric multilayer film, a photonic crystal, or the like.
  • an absorption peak can be formed sharply, and the color shift of reflected light during white illumination can be reduced. Further, by forming the microcavity at a distance that allows interference from the light emitting point, it is possible to secure the light emission intensity at a specific angle from the front.
  • FIG. 17 shows an optically equivalent model of an electroluminescent element 5C according to another embodiment of the present embodiment.
  • Optical buffer layers 111BF1 and 111BF2 are provided on both sides of the transparent substrate 101 and the reflective electrode 111a.
  • An electroluminescent element 5C is shown. Even in this configuration, an equivalent effect can be obtained.
  • FIG. 18 is an optical schematic diagram of the electroluminescent element 6 in the present embodiment.
  • the constituent members are the same as those shown in FIGS.
  • the electroluminescent element 6 shown in FIG. 18 emits light at a centroid wavelength of 660 nm, and “single color is red”.
  • L 320 nm
  • d 60 nm.
  • an absorption peak exists at a wavelength of 675 nm near the emission center of gravity wavelength of 660 nm. Note that since the emission spectrum of the electroluminescence element includes a certain width, the effect of the present embodiment is satisfied even if the absorption peak does not exactly match the barycentric wavelength of the emission spectrum. Strength can be increased.
  • the absorption peak is included in the centroid wavelength ⁇ 25 nm of the emission spectrum, and more desirably, the absorption peak is included in the centroid wavelength ⁇ 15 nm of the emission spectrum. In the case of the present embodiment, the absorption peak is included in the center of gravity wavelength ⁇ 25 nm of the emission spectrum.
  • a black body having an absorption peak at the emission wavelength and including at least one absorption peak in the complementary color region of the emission wavelength in the wavelength range of 380 nm to 780 nm, and the color coordinates of the front reflected light during white illumination When the absolute value of the deviation ⁇ uv from the locus is less than 0.02 and the angle dependency of the emission intensity is D ( ⁇ ), D ( ⁇ ) ⁇ D (0) cos ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D ⁇ 60 degrees)
  • D ( ⁇ ) ⁇ D (0) cos ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D ⁇ 60 degrees
  • the electroluminescent element in the present embodiment is characterized in that “the single color is red and has wavelength absorption peaks in the red, green, and blue regions”.
  • the emission color “single color” means that, as described above, the color coordinates from white light determined by the International Commission on Illumination (CIE) are sufficiently separated.
  • CIE International Commission on Illumination
  • the saturation is preferably 50% or more
  • “Red” means that the hue is preferably in the range of 0 ° ⁇ 60 ° when viewed in the HSV color space, and more preferably, the hue is in the range of 0 ° ⁇ 30 °. . Further, when converted to the centroid wavelength, the centroid wavelength is preferably included in 570 nm to 780 nm, and the centroid wavelength is preferably included in 580 nm to 780 nm. By configuring in this way, for example, when used for a traffic light or a signal lamp, it becomes easy to convey information that the emission color is red to the viewer side.
  • the wavelength range of “red” corresponds to the wavelength of 570 nm to 780 nm, and preferably corresponds to 580 nm to 780 nm.
  • the “green” wavelength range corresponds to wavelengths 492 nm to 570 nm, and preferably corresponds to 510 nm to 562 nm.
  • the wavelength range of “blue” corresponds to a wavelength of 380 nm to 492 nm, and preferably corresponds to 380 nm to 480 nm.
  • FIG. 21 shows the result of calculating the reflectance of air incidence in this configuration.
  • an absorption peak exists at a wavelength of 665 nm near the emission center of gravity wavelength of 650 nm.
  • the effect of the present embodiment is satisfied even if the absorption peak does not exactly match the barycentric wavelength of the emission spectrum. Can be strengthened.
  • it is desirable that the absorption peak is included in the centroid wavelength ⁇ 25 nm of the emission spectrum, and more desirably, the absorption peak is included in the centroid wavelength ⁇ 15 nm of the emission spectrum. In the case of this configuration, the absorption peak is included in the barycentric wavelength ⁇ 15 nm of the emission spectrum.
  • the configuration of this embodiment has absorption peaks in the wavelength 665 nm (red), wavelength 515 nm (green), and wavelength 440 nm (blue) regions.
  • the deviation ⁇ uv from the black body locus of the reflected light when irradiated with the standard light (D65) having a color temperature of 6500 K was calculated, and as a result,
  • 0.001 and smaller than 0.005. It was confirmed.
  • single color is red, and has a wavelength absorption peak in the red, green, and blue regions”, so that it emits light in red, and external light reflections appear uncolored when not emitting light,
  • a light emitting element capable of ensuring strength in a specific angle range can be realized.
  • the microcavity is formed from an optical buffer layer, or “negative dielectric / optical buffer layer / negative dielectric”.
  • the optical buffer layer is composed of a dielectric single film, “a dielectric multilayer film in which dielectrics having different refractive indexes at the emission wavelength are laminated”, or a photonic crystal. This conceptual diagram is shown in FIG.
  • the microcavity 111M shown in FIG. 23A is composed of a photonic crystal 111BFa, a dielectric multilayer film 111BFb, and a dielectric 111BFc.
  • a microcavity 111M illustrated in FIG. 23B includes a negative dielectric 111BFd, an optical buffer layer 111BFe, and a negative dielectric 111BFd.
  • the configuration in which the transparent dielectric 111BFg having conductivity is sandwiched between the transparent electrodes 111BFf exhibits a microcavity effect and has a synergistic effect that the conductivity can be improved.
  • a more desirable configuration is a configuration in which a thin film metal electrode is used as the transparent electrode 111BFf and a transparent dielectric 111BFg using a conductive organic material is sandwiched between them, and at the same time exerting a stronger microcavity effect, Conductivity can be ensured.
  • FIG. 25 is an optical schematic diagram of the present embodiment in which a microcavity is added to the multi-stack configuration.
  • the microcavity 111M is provided on the transparent substrate 101, and two or more light emitting stacks emitting a single color are vertically stacked on the microcavity 111M.
  • the maximum angles are different from each other. It is characterized by having absorption peaks in at least two wavelengths in the complementary color region of a single color.
  • FIG. 25 by adjusting the resonance of the microcavity 111M, it is possible to effectively adjust the color shift between the light distribution and the reflected light.
  • FIG. 26 shows an electroluminescent element 1D in the present embodiment.
  • the constituent members are the same as those shown in FIGS.
  • the optical constant of the conductive resin 111r is substantially the same as the optical constant of the light emitting functional layer 111F.
  • the microcavity 111M is composed of “thin film metal 111c1 / conductive resin 111r / thin film metal 111c1”. With this configuration, the conductivity of the electrode of the thin film metal 111c1 can be assisted, and at the same time, a strong microcavity effect can be exhibited.
  • d1 270 nm
  • d2 60 nm
  • L 460 nm
  • LC1 95 nm.
  • d1 is a distance from the reflective electrode surface to the light emitting point 1
  • d2 is the distance to the light emitting point 2 from the surface of the reflective electrode 111x
  • L is the thickness of the light-emitting functional layer 111F
  • LC 1 Micro It is the film thickness of the conductive resin 111r constituting the cavity 111M.
  • a light emitting material that emits red light is used, and the light emission center-of-gravity wavelength in this configuration is 641 nm, which is a red region.
  • FIG. 27 shows the result of examining the wavelength dependence of the front reflectance in this configuration.
  • an absorption peak can be added to a green region having a wavelength of 550 nm which is a red complementary color region. Moreover, it turns out that it has an absorption peak also in a blue area
  • the deviation ⁇ uv from the black body locus of the reflected light when irradiated with the standard light (D65) having a color temperature of 6500 K was calculated, and as a result,
  • 0.007 was smaller than 0.01. confirmed.
  • the interference between the reflective electrode 111x and the thin film electrode 111c1 can be adjusted by changing the film thickness of the light emitting functional layer 111F and set to resonate at the emission wavelength.
  • the resonance of the microcavity 111M is set so as to resonate at the emission wavelength and the complementary wavelength region.
  • FIG. 28 shows the angular distribution of light emission luminance and the luminance distribution when each unit emits light alone.
  • the intensity peak angle of the light emission point 1 is 20 degrees
  • the intensity peak angle of the light emission point 2 is 10 degrees.
  • the element when the light is not emitted, external light reflections appear to be uncolored, and it is possible to realize a light emitting element that can secure the intensity within a specific angle range, and it is possible to strengthen the resonance of light in the microcavity and to improve the color distribution of light distribution and external light reflection.
  • the microcavity has a resonance absorption wavelength in a single-color complementary color region, and in this way, it is easy to have an absorption peak in at least two wavelengths of the single-color complementary color region.
  • the reflected light has an effect of reducing coloring.
  • the position of the microcavity 111M is not limited to the light emission viewing side, but may be a back cavity type.
  • FIG. 29 shows a configuration of an electroluminescent element 1E obtained by converting the configuration of the electroluminescent element 1D shown in FIG. 26 into a back cavity type. Even in this configuration, the same effects can be obtained by appropriately designing the microcavity 111M. In the case of the back cavity type, an effect that the plasmon loss peculiar to the thick film metal electrode can be reduced is also obtained.
  • Transparent material A desirable material for the transparent member used in the present embodiment will be described. In order to realize uniform surface light emission and highly efficient surface light emission, it is desirable that the transparent member has a high transmittance. Specifically, a transparent member having a total light transmittance of 80% or more in a visible light wavelength region measured by a method in accordance with JIS K 7361-1: 1997 (a method for testing the total light transmittance of a plastic-transparent material) are preferably used. Moreover, as a transparent member, the material excellent in flexibility is used preferably.
  • the transparent member for example, a resin substrate, a resin film, and the like are preferably exemplified, but a transparent resin film is preferably used from the viewpoints of productivity and performance such as lightness and flexibility.
  • the transparent resin film is a film having a total light transmittance of 50% or more measured in a visible light wavelength region measured by a method in accordance with JIS K 7361-1: 1997 (plastic-transparent material total light transmittance test method).
  • the transparent resin film that can be preferably used is not particularly limited, and the material, shape, structure, thickness, and the like can be appropriately selected from known ones.
  • transparent resin films include polyester resin films such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, and modified polyester, polyethylene (PE) resin films, polypropylene (PP) resin films, polystyrene resin films, and cyclic olefin resins.
  • any resin film having a total light transmittance of 80% or more is more preferably used as the transparent member according to the present embodiment.
  • a transparent member from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film or a polycarbonate film is preferable.
  • a biaxially stretched polyethylene terephthalate film or a biaxially stretched polyethylene naphthalate film is more preferred.
  • an inorganic film, an organic film, or a hybrid film of an inorganic material and an organic material may be formed on the front surface or the back surface of the film-shaped substrate, and the substrate on which such a film is formed is JIS K.
  • a barrier film having a water vapor permeability (25 ⁇ 0.5 ° C., relative humidity (90 ⁇ 2)% RH) measured by a method according to 7129-1992 of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less is preferably, furthermore, the oxygen permeability was measured by the method based on JIS K 7126-1987 is, 1 ⁇ 10 -3 ml / m 2 ⁇ 24h ⁇ atm or less, the water vapor transmission rate (25 ⁇ 0.5 C. and relative humidity (90 ⁇ 2)% RH) is preferably a high barrier film having 1 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less.
  • a material for forming a barrier film formed on the front surface or the back surface of a film-like base material in order to obtain a high barrier film it is a material having a function of suppressing intrusion although it causes deterioration of elements such as moisture and oxygen.
  • silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride, or the like can be used.
  • the transparent member according to the present embodiment can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure wettability and adhesiveness.
  • a conventionally well-known technique can be used about surface treatment and an easily bonding layer.
  • the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment.
  • the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.
  • the easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.
  • Transparent electrode examples of the material used as the transparent electrode include transparent oxide semiconductors (ITO, IZO, ZnO, InGaO 3 ) and the like.
  • a transparent oxide semiconductor has a feature that its refractive index is close to that of an organic material and its reflectance as viewed from the photon generation layer is low. This is advantageous for realizing a highly efficient element.
  • a conductive resin that can be formed at low cost by using a coating method may be used for the transparent electrode.
  • a fullerene derivative such as a perylene derivative or PCBM (phenyl C61 butyric acid methyl ester) can be considered.
  • PCBM phenyl C61 butyric acid methyl ester
  • the conductive resin materials used as the hole transporting electrode are PEDOT Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)) / PSS (Poly (4-styrenesulfonate)), P3HT (Poly (3-hexylthiphene)), P3OT (Poly (3- octylthiophene), P3DDT ((Poly (3-dodecylthiophene-2,5-Diyl)))), F8T2 (a copolymer of fluorene and bithiophene) and the like.
  • the reflectance is lower than that of PCBM.
  • a metal mesh, a metal nanowire, a metal nanoparticle, or the like may be used in combination.
  • the average refractive index tends to be low, and the reflectance viewed from the photon generation layer tends to be high.
  • a transparent electrode material having a low reflectance as viewed from the photon generation layer is desirable because it can efficiently extract the light scattered in the waveguide mode to the transparent substrate.
  • the transparent electrode is a thin film metal electrode.
  • a transparent electrode in which a nitrogen-containing underlayer and a thin film metal are combined, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-146144.
  • the nitrogen-containing underlayer has a property of forming a thin film metal into a continuous film. Since the thin film metal formed as a continuous film has a high Fresnel reflectivity at the interface, the interference effect of light can be increased, and thus it is suitable for this embodiment.
  • the metal mentioned here is a material in which the real part of the complex non-dielectric constant is negative at the emission wavelength of the surface light emitting panel.
  • the complex relative dielectric constant ⁇ c is an optical constant related to interface reflection, and is a physical quantity that can be expressed by the following equation (29) using the refractive index n and the extinction coefficient ⁇ .
  • a medium having a negative real part of the complex relative dielectric constant is a metal
  • a substance having a positive real part of the complex relative dielectric constant is a dielectric
  • a material having a high electron transporting property tends to have a small refractive index n and a large extinction coefficient ⁇ .
  • n is about 0.1
  • the extinction coefficient ⁇ has a large value of 2 to 10
  • the rate of change with respect to the wavelength is large. Therefore, even when the refractive index n is the same, the extinction coefficient ⁇ is greatly different, and the electron transport performance is often greatly different.
  • the material of the transparent electrode is preferably a metal that increases the Fresnel reflectivity. More specifically, the refractive index is preferably a metal having a small refractive index n and a large extinction coefficient ⁇ in order to improve the electron response. For example, aluminum (Al), silver (Ag), and calcium (Ca) are desirable. In another example, gold (Au) which has an advantage that is not easily oxidized can be considered. Another material is copper (Cu), which is characterized by good conductivity.
  • Other materials that have good thermal and chemical properties and are not easily oxidized at high temperatures and do not cause a chemical reaction with the substrate material include platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium, and osmium.
  • An alloy using a plurality of metal materials may be used.
  • MgAg and LiAl are often used as thin film transparent metal electrodes.
  • Particularly preferable film thickness d of the thin film metal includes the following equation (30) from the distance attenuated to the light intensity 1 / e using the extinction coefficient ⁇ and the emission wavelength ⁇ .
  • the film thickness is desirably 13.9 nm or less.
  • the negative dielectric is a material whose complex relative permittivity given by the equation (29) is negative at the emission wavelength.
  • a typical example is a thin film metal, but a photonic crystal or the like can also realize a negative dielectric constant at a specific wavelength.
  • the metal thin film is used as a negative dielectric in the present embodiment, there is an advantage that the color shift of the reflected light can be finely controlled because the absorption peak can be sharpened.
  • a photonic crystal there is an advantage that the light distribution of light emission can be made closer to a specific angle, and an absorption peak of a specific wavelength can be formed by design.
  • Optical buffer layer As the optical buffer layer, a dielectric or dielectric multilayer film, or a photonic crystal structure can be used. In order to create a dielectric multilayer film or a photonic crystal structure, it is necessary to combine materials having a plurality of dielectric constants, and the dielectric material is preferably transparent at a wavelength at which light is generated in the photon generation layer.
  • the resin material examples include vinyl chloride, acrylic, polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS, nylon, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, Teflon (registered trademark), polyimide, phenol resin, and a refractive index of 1.4 to There is 1.8.
  • the design variables of the present embodiment relating to the optical buffer layer include the thickness of each member constituting the buffer layer and the complex relative dielectric constant.
  • the complex relative dielectric constant is calculated from the refractive index and the extinction constant using the formula (29), and when having a birefringence, it is defined as a tensor amount having a component in the three-dimensional axial direction.
  • variables for determining the structure of each member and optical constants are included in the design variables.
  • the metal materials exemplified as the material of the transparent thin film metal layer can be used.
  • an ink containing an alloy or metal nanoparticles may be used.
  • a transparent electrode, a dielectric multilayer mirror, a metal uneven structure, or a photonic crystal may be used in combination with a reflective layer.
  • the design variables of the present embodiment relating to the reflective electrode include the thickness of the member and the complex relative dielectric constant.
  • the complex relative dielectric constant is calculated from the refractive index and the extinction constant using the formula (29), and when having a birefringence, it is defined as a tensor amount having a component in the three-dimensional axial direction.
  • a variable for determining the structure of each member and a complex relative dielectric constant are included in the design variable.
  • FIG. 30 shows a drawing for explanation.
  • a surface light emitting panel is disposed in the air, a detector is disposed in a direction that forms an angle ⁇ from the surface normal of the surface light emitting panel, and the angle dependency D ( ⁇ ) of the light intensity is measured.
  • the electroluminescent element is set to emit light only by one light emitting unit.
  • the angle dependency D ( ⁇ ) of the light intensity in a state where only the first light emitting unit 110B emits light may be calculated using the model shown in FIG.
  • An optically equivalent element may be prepared and measured in air.
  • the integrated intensity of all wavelengths or the luminance weighted by the visibility can be used.
  • luminance weighted by visual sensitivity since it is possible to measure the light intensity according to human vision, it is desirable to use luminance weighted by visual sensitivity.
  • Equation (32) holds for the angle dependency of the light intensity of completely diffused light.
  • D (0) is the front strength. Therefore, the fact that the strength is stronger than D (0) cos ⁇ indicates that the visibility is better than the diffusely reflecting plate.
  • This is a lighting system that transmits information in a specific angle range with good visibility (decorative lighting downlights, theater colored spotlights, signal colored flashlights, traffic lights, car colored front lights and backlights, This is an important characteristic for application of brake lamps. Further, in such an application, it is desirable that the light does not look so bright at a specific angle or more. Therefore, it is preferable to satisfy the following formula (33).
  • the electroluminescent element in the above embodiment is an electroluminescent element that emits a single color and has a plurality of functional layers, has an absorption peak at the emission wavelength, and has a complementary color with an emission wavelength in the range of 380 nm to 780 nm.
  • the absolute value of the deviation ( ⁇ uv) from the black body locus of the color coordinates of the front reflected light at the time of white illumination is less than 0.02, including at least one absorption peak in the region of
  • D ( ⁇ ) is set, the refractive indexes and film thicknesses of the plurality of functional layers are configured so as to satisfy the expression D ( ⁇ ) ⁇ D (0) cos ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ D ⁇ 60 degrees). ing.
  • ⁇ D is 30 degrees.
  • the electroluminescent element includes a configuration in which two or more light emitting units emitting a single color are vertically stacked, and the angle dependency of the emission intensity when each of the light emitting units emits light alone. The maximum intensity angles of the two are different from each other, and have absorption peaks at at least two wavelengths in the complementary color region of the single color.
  • the single color is red and has wavelength absorption peaks in the red, green, and blue regions.
  • the electroluminescent element has a light emitting point and includes at least one microcavity within a distance of a light emitting wavelength from the light emitting point.
  • the microcavity is configured in units of a negative dielectric layer, a positive dielectric layer, and a negative dielectric layer at the emission wavelength.

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Abstract

単一色を発光し複数の機能層を有する電界発光素子であって、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差(Δuv)の絶対値が、0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ≦60度)の式を満たすように、複数の前記機能層の屈折率および膜厚が構成されている。

Description

電界発光素子
 本発明は、電界発光素子に関するものである。
 近年、発光ダイオード(LED)や有機EL等の電界発光素子を用いた発光効率の高い電界発光素子が注目を集めている。電界発光素子は平面型の陰極と陽極に挟まれた光子発生層(光子発生層)から構成されるが、一般的には陽極を透明電極とし、陰極を金属反射電極として構成される場合が多い。電界発光素子の用途として、装飾照明用ダウンライト、劇場の色つきスポットライト、信号用色つき懐中電灯、信号機、車の色つきフロントライトやバックライトやブレーキランプ等の特定の色で特定の角度の範囲における輝度を確保することが必要な照明がある。
 しかしながら、一般に電界発光素子を用いた電界発光素子において光強度の角度分布(配光)はcosθで表されるランバート配光になり、特定の角度範囲で強く光る光源が実現できていなかった。
 一方、背景技術としては、特開2015-038859号公報(特許文献1)、および、特許2013-157226号公報(特許文献2)に開示されるように、発光機能層の付近に光学多層膜を配置して配光や発光色を調整する技術や、特開2014-048610号公報(特許文献3)に開示されるように、素子外部に光学フィルタを配置して反射光の色ずれを補正する技術が提案されている。
特開2015-038859号公報 特許2013-157226号公報 特開2014-048610号公報
 しかしながら、特許文献1、特許文献2に開示される構成においては、発光スペクトルの調整や配光制御については考慮されているが、配光を正面に向けつつ反射光の色を白色にする設計が不明確であるという課題が挙げられる。
 特許文献3に開示される構成においては、別部材が必要で構成が複雑になる課題や、発光スペクトルの調整や配光制御について考慮されておらず、配光調整の変数にフィルタの設計を利用できない課題が挙げられる。
 この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、正面から一定の角度範囲で光強度を確保しつつ、白色光で照明した時の反射光色づきを防止できる単色の電界発光素子を提供することを目的とする。
 この電界発光素子においては、単一色を発光し複数の機能層を有する電界発光素子であって、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差(Δuv)の絶対値が、0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ≦60度)の式を満たすように、複数の上記機能層の屈折率および膜厚が構成されている。
 この電界発光素子によれば、正面から一定の角度範囲で光強度を確保しつつ、白色光で照明した時の反射光色づきを防止できる単色の電界発光素子を提供することを可能とする。
実施の形態1における電界発光素子と、その光学的配置を説明する図である。 (A)は、実施の形態1の電界発光素子の具体的構成を示す断面図、(B)は、実施の形態1の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図である。 等色関数と波長との関係を示す図である。 特定波長λに対する色相Hの関係を示す図である。 特定波長λの光と色相Hの関係を説明する図である。 補色の波長範囲を決める手順を示す図である。 式(4)を基準にした望ましい補色の色相と吸収波長域との関係を示す図である。 式(5)を基準にした望ましい補色の色相と吸収波長域との関係を示す図である。 赤色で発光する電界発光素子としての有機ELの光学設計表を示す図である。 発光機能層の膜厚に対する正面反射率の波長依存性を示す図である。 発光機能層の膜厚に対する正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値を示す図である。 実施の形態3の電界発光素子の断面構造を示す図である。 実施の形態3の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図である。 実施の形態4の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図であり、(A)は、透明基板側にマイクロキャビティを設けた電界発光素子、(B)は、反射電極側にマイクロキャビティを設けた電界発光素子を示す図である。 実施の形態4の他の形態の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図であり、(A)は、透明基板側および反射電極側の両側にマイクロキャビティを設けた電界発光素子を示し、(B)は、透明基板側にマイクロキャビティを2層設けた電界発光素子を示す図である。 実施の形態5の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図であり、(A)は、透明基板側に光学バッファ層を設けた電界発光素子、(B)は、反射電極側に光学バッファ層を設けた電界発光素子を示す図である。 実施の形態5の他の形態の電界発光素子の光学的に等価なモデルを示す図であり、透明基板側および反射電極側の両側に光学バッファ層を設けた電界発光素子を示している。 実施の形態6における電界発光素子の光学的な模式図である。 実施の形態6における電界発光素子の反射率計算結果を示す図である。 実施の形態6における電界発光素子の発光輝度の角度依存性計算結果を示す図である。 実施の形態7における電界発光素子の反射率計算結果を示す図である。 実施の形態7における電界発光素子の発光輝度の角度依存性計算結果を示す図である。 実施の形態8におけるマイクロキャビティの構成を示す図であり、(A)は第1構成例を示す図、(B)は第2の構成例を示す図である。 実施の形態8における他の構成のマイクロキャビティを示す図である。 実施の形態9における電界発光素子の光学的な模式図である。 実施の形態9における電界発光素子の具体的構成を示す図である。 実施の形態9における電界発光素子の反射率の波長依存性を示す図である。 発光輝度の角度依存性を示す図であり、(A)は、全ユニットが発光した場合、(B)は、第1発光ユニットのみが発光した場合、(C)は、第2発光ユニットのみが発光した場合を示す図である。 図26に示す電界発光素子の構成をバックキャビティ型に変換した電界発光素子の構成を示す図である。 電界発光素子の、透明部材から観測者側に放射される光の輝度の角度依存性を示す模式図である。
 本発明に基づいた各実施の形態における電界発光素子について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、実施の形態の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
 (実施の形態1)
 図1を参照して、本実施の形態における電界発光素子1と、その光学的配置について説明する。図1は、本実施の形態における電界発光素子1の構成およびその光学的配置を示す図である。
 電界発光素子1は透明部材としての透明基板101の上に透明電極111c、発光機能層111F、反射電極111aを順番に積層した構造を有している。発光機能層111Fの内部は、電子や正孔の注入や輸送の必要に応じて複数の機能層に分かれている。たとえば、透明電極111c側から「正孔注入層/正孔輸送層/光子発生層/電子輸送層/電子注入層」と構成してもよい。
 発光機能層111Fの内部には、少なくとも光子発生層を一層有し、光子発生層において励起子が生じて発光の遷移が生じる。なお、励起子が生じる位置は光子発生層の中で分布し得るが、光学的には励起子分布の重心位置で発光すると仮定してよい。この励起子分布の重心位置を便宜上「発光点」と呼ぶ。
 電界発光素子1の発光したときのエネルギーの重心波長をλpとおき、電界発光素子1の発光波長と呼ぶ。また、本実施の形態においては、透明電極111c、発光機能層111F、および、反射電極111aをまとめて「複数の機能層」と呼ぶ。
 本実施の形態の電界発光素子1においては、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値が0.02未満であり、光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、下記の式(1)を満たすように、複数の機能層の屈折率と膜厚とが構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 このように構成することで、正面から一定の角度以内で光強度を確保しつつ、非発光時に外光反射が色づきなく見える、単一色を発光する電界発光素子を実現できる。
 図1を参照して、本実施の形態の電界発光素子1の効果について説明する。まず、電界発光素子1の正面強度と反射率との関係について説明する。電界発光素子1の光学的配置と正面強度との関係については、「小林洋志監修,中西洋一郎・波多腰玄一編著,「発光と受光の物理と応用」,培風館(2008)第112頁~第117頁」により、下記の式(2)のように表されることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 なお、式(2)における記号は、図1における記号と一致するように定義している。式(2)から、たとえば赤の正面強度を上げる設計においては、赤の正面反射率が低くなる傾向があることが分かる。
 次に、電界発光素子1で外光が反射する際に、多重干渉で反射光が弱め合う条件について説明する。反射電極111aと透明電極111cの間は微小な共振器と見なせる。共振器が共鳴状態になったときに、共鳴吸収が生じる。このことは、フレネル反射係数を考慮して位相変化が2πの整数倍になることであるので、以下の式(3)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 式(3)においてnELは発光機能層111Fの平均的な屈折率である。また、φとφは反射電極111aと透明電極111cとで光が反射する際の位相変化を[rad]の単位で表したものであり0~2πの値をもつものとする。式(3)より膜厚を変えると反射光が弱くなる波長が変化することが分かる。
 背景技術において式(2)のみを考慮して発光時の特性のみ考慮していた場合と比較して、本実施の形態においては式(3)に示される反射光の位相条件も考慮することにより、正面から一定の角度以内で光強度を確保しつつ、非発光時に外光反射が色づきなく見える、単一色を発光する発光素子を実現する。
 本実施の形態において「単一色を発光する」とは、国際照明委員会(CIE)の定める白色光からの色座標が十分離れていることを意味する。特に1978年にアルヴィ・レイ・スミス(Alvy Ray Smith)によって考案されたHSV色空間で見たときには彩度が50%以上であることが望ましく、国際照明委員会(CIE)の定めるYxy色空間で見たときには白色6500Kの白色点からのxy距離が0.1以上あることが望ましい。このように、白色点から十分離れることで、視覚した時に色の情報を視認者に伝えることができる。
 次に、図2を参照して、図1に示す本実施の形態のより具体的な構成例について説明する。図2(A)は、本実施の形態の電界発光素子1の具体的構成を示す断面図、図2(B)は、本実施の形態の電界発光素子1の光学的に等価なモデルを示す図である。
 図2に示す電界発光素子1においては、赤色で発光する有機EL素子を用いて説明するが、本実施の形態は有機EL素子に限らずLEDや無機ELなど、光学的に等価な素子に適用可能である。また、赤色で発光する素子に限らず、青色や緑色で発光する素子にも応用することができる。
 有機EL発光素子は透明基板101上に発光領域を設け、その後に有機ELを劣化させる水分の侵入を防ぐ封止部材(図示省略)で蓋をすることで構成される。発光領域の周囲には封止性能を保持するために一定領域の非発光領域が存在する。発光領域はさらに詳細に、透明基板101/透明電極111c(陽極)/正孔注入層(HIL:Hole Injection Layer)111b5/正孔輸送層(HTL:Hole Transfer Layer)111b4/光子発生層(EML:EMissive Layer)111b3/電子輸送層(ETL:Electron Transfer Layer)111b2/電子注入層(EIL:Electron Injection Layer)111b1/反射電極111a、により構成される。
 他に、たとえば陽極/光子発生層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/光子発生層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/光子発生層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/光子発生層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなるもの、陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/光子発生層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなるものが挙げられるが、本実施の形態はこれらに限定されるものではない。透明基板101や封止部材には柔軟性を有するフレキシブル樹脂基板を用いることが望ましく、これは後述する透明部材の材料を用いることが望ましい。
 本実施の形態の電界発光素子1においては、ボトムエミッション型の電界発光素子を用いて説明したが、封止部材側に向かって光が発光するトップエミッション型を用いてもよい。電界発光素子1を用いた面発光パネルは、発光領域の劣化を防止するための封止領域や、給電のための電極を設けるために発光パネルの一部に非発光部が含まれる。発光パネルはフレキシブル性を有していると任意の形状に沿って配置できる利点を有する。また、特に非発光部は発光部よりフレキシブル性を有していて発光部より薄いと、タイリングした時に重ねて非発光部幅を縮小できるという利点を有する。
 従来技術のように、別部材を重ねて反射光の色づきを調整するとフレキシブル性を阻害する欠点があるが、フレキシブル性を有する電界発光素子に本発明を適用することで、発光層と一体となった構成で反射光の色づきを制御できフレキシブル性を保つことができる利点がある。特にフレキシブル性に利点の有る構成は、後述する樹脂材料と、薄膜金属電極あるいは導電性樹脂と金属メッシュ電極、を組み合わせた構成であり、樹脂基板の厚さは500マイクロメートル以下、より望ましくは200マイクロメートル以下にするとよい。
 図2(A)に示す、ボトムエミッション型の電界発光素子1は、光学的には図2(B)に示す簡略化したモデルで表現できる。ここで発光機能層111Fの平均的な屈折率をnELとし、発光機能層111Fの厚さをL、反射電極111a表面から発光点までの距離をdとおいた。発光点は前述の通り励起子分布の重心位置(ここでは光子発生層111b3の厚さ方向の中心)とした。以下では図2(B)の光学モデルを用いて本実施の形態の構成要件について説明する。
 本実施の形態の電界発光素子1は、全ての発光ユニットが発光したときのエネルギーの重心波長をλpとおき、電界発光素子1の発光波長と呼ぶ。本実施の形態の有機ELにおいては、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値が0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、下記の式(1)を満たすように、発光機能層111Fの屈折率nELと膜厚L、発光点の位置dが構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 発光点の位置dは、たとえば図2(B)に示す構成においては、電子注入層111b1と電子輸送層111b2と光子発生層111b3との膜厚で決まるため、発光機能層111Fの膜厚を決定する設計に含まれると言い換えることができる。このように構成することで、正面から一定の角度以内で光強度を確保しつつ、非発光時に外光反射が色づきなく見える発光素子を実現できる。
 本実施の形態において「発光波長の補色の領域」とはCIEの定めるHSV色空間において、H(色相)が180度異なる色から近い領域である。望ましくは発光色の色相をHoとしたときに、吸収ピーク波長単色の色相Hが、下記の式(4)を満足することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 より望ましくは、下記の式(5)を満足することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 色相は360°単位で繰り返すため、望ましい色相Hの範囲は、式(4)の場合で「元の色相Ho180°の色相から±60°以内であることが望ましい」と言い換えられ、式(5)の場合は「元の色相Ho+180°の色相から±30°以内であることがより望ましい」と言い換えられる。
 ある波長単色で発光した際のxy色座標は、CIEの定義に従って特定波長の視感度から式(6)のように計算される。なお、SX,SY,SZは、CIE XYZ表色系における三刺激値X,Y,Zに関する等しい色関数であり、図3のように与えられる。
 λは波長でありここではナノメートルの単位で定義する。P(λ)は光の電力スペクトルである。特定波長λoにおける色度を計算する際は式(6)においてP(λ)をディラックのδ関数を用いてP(λ)=δ(λ-λo)として計算する。すなわち、特定波長の色度XYZは式(7)のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 三刺激値XYZを用いてsRGB色空間におけるRGB値は式(8)のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 さらに、RGB値を用いてHSV値は式(9)のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 ここで、maxは括弧の中のうちで最大のものを与える関数であり、minは括弧の中のうちで最小を与える関数である。このようにしてひとたび波長が与えられるとHSV値を一意に定義できる。波長から色相Hを計算した結果を図4に示す。
 このように特定波長λoから色相Hは一意に定義できることが分かる。図4から逆に、色相Hを定めると-6.2°≦H≦256.3°の範囲において特定波長λoは一意に定義できることが分かる。
 一方、色相がこの範囲を超える場合は特定の波長で色相は定義できない。これはsRGBのRとBで結ばれる色度上に単色光が無いためである。この様子を図5に示す。この場合、青色(波長380nm~480nm)と赤色(波長580nm~780nm)の2つの波長を用いることで補色を実現できる。
 以上の補色を見つけるための手順を図に示すと図6の通りとなる。また、この手順で決まる補色の波長範囲は、式(4)を基準にすると図7に示すようになる。式(5)を基準とすると図8に示すようになる。このようにして「発光波長の補色の領域」に該当する波長範囲を定義できる。
 次に、本実施の形態で望ましい膜厚と発光点の位置の要件についてより具体的な設計例を用いて説明する。図2(A)に示した赤色で発光する有電界発光素子1の具体的な光学的な設計表を図9に示す。透明電極111cとしては薄膜金属の平滑性を向上させるための下地層111c2と薄膜金属111c1とを順に透明基板101側から積層した構成としている。
 このように構成することで吸収の少ない透明電極111cを構成できる。また、青・緑・赤に対応する波長における複数の機能層の屈折率を例示している。図9に示す光学的構成においては、発光機能層111Fの膜厚Lと発光点の反射電極111aの表面からの距離dを本実施の形態の要件を満たすように構成することによって、本実施の形態の構成を実現できる。
 発光機能層111Fの膜厚Lと発光点の反射電極111a表面からの距離dを変化させながら、本実施の形態の要件を満たす構成位置を計算で調べた。発光強度や反射率の計算は光学多層膜の解析手法を用いて設計される。計算方法としては公知の文献(梶川浩太郎他著,「アクティブ・プラズモニクス」,コロナ社,初版第1刷,2013年、第151頁~第159頁)の第5章1節で説明されている方法を用いた。それ以外にも公知の電磁場解析手法であるFDTD(Finite Difference Time Domain)法、有限要素法、転送行列法などを用いることもできる。
 また、計算において素子の発光スペクトルを計算するために、基準素子の電流注入時のエレクトロルミネッセンススペクトル(ELスペクトル)を用いて光子発生層の内部発光スペクトルを逆算し、電流注入時の発光スペクトルを正確に見積もることを行なった。
 このようにして基準素子のエレクトロルミネッセンススペクトルと基準素子の光取りだし効率から逆算された、内部発光スペクトルは波長625nmにピーク波長を持ち、スペクトル反値全幅が70nmの光スペクトルを有していた。エネルギースペクトルの重心から求められる発光波長λoは660nmであった。
 このように、基準素子の電流注入スペクトルを用いる内部スペクトルの推定する方法は、材料のフォトルミネッセンススペクトルを用いて内部発光スペクトルを推定する方法と比較すると電流注入時の内部スペクトルをより正確に推定できる利点がある。
 以下では、発光波長660nmに注目して本実施の形態の望ましい設計を行った結果について説明する。図7より、発光波長660nmに対応する補色の領域の波長λcは、式(10)、式(11)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 特に赤色(波長580nm~780nm)で発光する素子においては、発光色の色相が図4よりほぼ0度と見なせるため、補色の範囲は、式(12)、式(13)の範囲に設定するとよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 このようにすることで、赤色(波長580nm~780nm)で発光する電界発光素子の補色の波長域を簡単に設定することが可能になる。
 図10に発光機能層111Fの膜厚Lに対する正面反射率を調べた結果を示す。また、図10においては式(3)を用いて算出された、共鳴吸収を起こす条件を示したグラフを重ねて描いている。
 図10より、式(3)の条件は反射光が弱め合う条件を表していることが確認できる。式(3)の吸収ピークが補色の波長領域に含まれる条件を求める。式(4)、または、式(5)によって求められた補色の波長域をλmin≦λc≦λmaxであるとする。このとき、式(3)の吸収ピークが補色の波長領域に含まれる条件は、式(14)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 nEL(λ)は、特定波長λでの発光機能層111Fの屈折率を表し、φ(λ)は、反射電極111aで光が反射する際の位相変化を表し、φ(λ)は、透明電極111cで光反射するときの位相変化を表す。mは、自然数(1,2,3,...)である。
 本実施の形態では、いずれかの自然数mで式(14)の条件を満たすように膜厚Lを設定する。このようにすることで、本実施の形態の要件である「波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含む」という条件を満たすことができる。
 次に、発光波長λoで吸収ピークを含むための条件について説明する。補色のときの考え方と同様に、発光波長の色相をHoとしたときに吸収波長の色相Haは、下記の式(15)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 より望ましくは、式(16)の条件を満たすとよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 色相は360°単位で繰り返すため、望ましい色相Hの範囲は、式(15)の場合で「元の色相Hoから±60°以内であることが望ましい」と言い換えられ、式(16)の場合は「元の色相Hoから±30°以内であることがより望ましい」と言い換えられる。
 以下では、図4~図6を用いて発光波長に対応する望ましい吸収波長λaの領域を求めることができる。
 今回の発光素子の場合は発光波長λoが660nmなので望ましい吸収ピークの波長範囲は、式(17)、式(18)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 特に赤色(波長580nm~780nm)で発光する素子においては、発光色の色相が図4よりほぼ0度と見なせるため、望ましい吸収ピークの波長範囲は、式(19)、式(20)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 発光波長λoに対応する吸収ピーク波長の望ましい範囲は、式(15)あるいは式(16)で求めた波長範囲を、式(21)として、式(22)と表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
 ただし、pは自然数(1,2,3...)である。
 以上、実施の形態1において「単一色を発光し複数の機能層を有する電界発光素子において、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含む」ための条件について説明してきたが、ここで特に特に赤色(波長580nm~780nm)で発光する素子について要点をまとめる。本実施の形態の要件を実現するために望ましい構成は以下の通りである。
 下記の(条件1)と(条件2)と(条件3)の全てを満たすこと。
 (条件1)
 波長域の組みあわせは以下の[1],[2],[3]のいずれかであること。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 (条件2)
 発光波長λoの補色の波長域をλmin≦λ≦λmaxとしたときにいずれかの自然数mについて下記の式(23)を満たすこと。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 (条件3)
 発光波長λoに近い色の波長域を、λmin≦λ≦λmaxとしたときにいずれかの自然数pについて下記の式(24)を満たすこと。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 図9における赤色で発光する電界発光素子について上記条件を計算する。
 (条件1)
 波長域は[3]を採用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
 (条件2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
 複数のmについて例示すると下記の通りになる。
 87nm≦L≦108nm(m=1)
 211nm≦L≦261nm(m=2)
 335nm≦L≦414nm(m=3)
 459nm≦L≦567nm(m=4)
 583nm≦L≦720nm(m=5)
(条件3)
 複数のpについて例示すると下記の通りになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 112nm≦L≦166nm(p=1)
 270nm≦L≦388nm(p=2)
 427nm≦L≦610nm(p=3)
 585nm≦L≦833nm(p=4)
 742nm≦L≦1054nm(p=5)
 (条件1)から(条件3)を全て満たす膜厚範囲
 (a)335nm≦L≦388nm(m=3,p=2)
 (b)459nm≦L≦567nm(m=4,p=3)
 (c)585nm≦L≦720nm(m=5,p=4)
 次に、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体輻射ラインからのずれを計算した結果を図11に示す。図11は、図10の正面反射率に対して、色温度6500Kの標準の光を照射した際のスペクトルを計算し、CIEの定義に従い黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値を計算した結果を示す図である。
 図11より、黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値が0.02未満となる発光機能層111Fの膜厚Lと「(条件1)から(条件3)を全て満たす膜厚範囲」とが重なることから「波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク」を持つことで「白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値が0.02未満」とするために有利な構成であることが確認できる。またさらに、正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvは0.015以下であることが望ましく、さらに望ましくは0.010以下であるとよい。このようにすることで正面から見た外光反射が色づかず、素子が発光したときに色の情報を容易に外部へ視認させることが可能になる。
 次に、発光機能層111Fの膜厚Lを先ほど求めた偏差Δuvの絶対値が0.02より小さい膜厚L=335nmに固定し、反射電極111a表面から発光点までの距離dを変化させながら、本実施の形態の要件「光強度の角度依存性をD(θ)とした場合にD(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ=20)」となる条件を調べた。
 ここで、特定の角度θ=20度とした。このようにすることで、正面から20度までの輝度を確保しつつ、非発光時に外光反射が色づきなく見える発光素子を実現できる。光強度としては視感度で重み付けがされた輝度を用いた。反射電極111a表面から発光点までの距離dは、下記の式(25)である場合に、「光強度の角度依存性をD(θ)とした場合にD(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ=20)」となることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
 また、反射電極111aの表面から発光点までの距離dは、発光効率を高くして省エネルギーの素子を実現するために発光輝度が極大となる膜厚を採用することが望ましい。ここでは、条件を満たしつつ発光輝度が極大となる膜厚d=70nmを採用した。このような膜厚(L=335nm,d=70nm)にすることで、本実施の形態の要件を実現できる。
 以上まとめると、実施の形態1における電界発光素子1においては、発光機能層111Fの膜厚Lと反射電極111aから発光点の距離dを「発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値が0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合にD(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ≦60°)を満たすように、複数の機能層の屈折率と膜厚を構成」することで、外光反射時の色ずれを抑制しつつ、正面から特定範囲の角度において強度を確保できる電界発光素子を実現できる。
 (実施の形態2)
 実施の形態2においては、実施の形態1においてθ=30°であることを特徴とする。本実施の形態は「全てのユニットを同時に発光させた際の発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0<θ≦θ≦60°)を満たす」ことを特徴とするが、特定の角度θについてどのように定められるかを以下に示す。
 法令等で定められる場合がある。道路運送車両の保安基準(昭和二十六年七月二十八日運輸省令第六十七号、改正された平成二七年一月二二日国土交通省令第三号)とそれに関連する告示には、車の前照灯等に必要とされる角度特性が示されている。電界発光素子をこうした、前照灯、前部霧灯、側方照射灯、側方照射灯、低速走行時側方照射灯、車幅灯、前部上側端灯、側方灯、番号灯、尾灯、後部霧灯、駐車灯、後部上側端灯、制動灯、補助制動灯、後退灯、方向指示器、補助方向指示器、非常点滅表示灯、緊急制動表示灯、および、後面衝突警告表示灯等に用いる場合には、少なくとも特定の角度θ以下の範囲特定の輝度値を得ることが必要である。
 特定の角度θDについては、人間の視覚で感じることのできる角度範囲から定義することができる。人に見られることを前提とする照明(信号機、信号灯、および、車のテールランプ等)は少なくとも人間が見える角度範囲において特定の輝度が得られることが重要である。人間の視覚は、「情報受容能力に優れる有効視野は水平30度,垂直20度程度に過ぎず,注視点が迅速に安定して見える安定注視野は水平に60度~90度、垂直に45度~70度程度である」[1]と言われている(http://www.lab.ime.cmc.osaka-u.ac.jp/~kiyo/cr/kiyokawa-2002-03-Hikari-Report/kiyokawa-2002-03-Hikari-Report.pdf)。従って、θ=30度とすれば、明るい範囲の角度において情報受容能力に優れる有効視野の範囲内で信号が点灯しているという情報を送ることが可能になる。
 (実施の形態3)
 実施の形態3においては、赤色を発光する2以上の発光ユニットを垂直に重ねた構成であり、それぞれのユニット単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なるように構成されており、緑と青の領域に少なくとも一つずつの吸収ピークを有する、ことを特徴とする。ここで「赤色に発光する」とは発光エネルギーの重心波長(発光波長)が580nm以上780nm未満に含まれることを意味し、望ましくは発光したときの色度xが0.5以上であることを意味する。また「青の領域」は波長380nm以上490nm未満の領域を意味し、「緑の領域」とは波長490nm以上580nm未満の領域を意味する。
 図12に本実施の形態の電界発光素子2の断面構造を示す。電界発光素子2は、第1発光ユニット110Bおよび第2発光ユニット110Cを垂直方向に重ねたものである。図13に、図12の光学的に等価な模式図を示す。各発光ユニットの構成は、実施の形態1と同様である。
 本実施の形態の電界発光素子2においては、各発光ユニットのユニット単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なるように構成する。また、発光ユニットを重ねた合計の発光機能層111Fの膜厚は、標準の光(D65)の反射光の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値0.02が未満となる条件を満たすように膜厚を構成する。このようにすることで、特に赤色において、非発光時に外光反射が色づきなく見え、特定の角度範囲で強度を確保できる発光素子を実現できる。
 (実施の形態4)
 図14に、実施の形態4の電界発光素子4A,4Bの光学的に等価なモデルを示す。図14(A)は、透明基板101側にマイクロキャビティ111Mを設けた電界発光素子4Aを示し、図14(B)は、反射電極111a側にマイクロキャビティ111Mを設けた電界発光素子4Bを示している。
 本実施の形態の電界発光素子4は、発光点から発光波長の距離以内に少なくとも一つのマイクロキャビティ111Mを含むことを特徴とする。マイクロキャビティ111Mは「発光波長において屈折率の異なる誘電体を多層重ねた誘電体多層膜」、または「負の誘電体/正の誘電体/負の誘電体」または、フォトニック結晶から構成される。
 このように、発光点から発光波長の距離以内に少なくとも一つのマイクロキャビティを有することで、正面から特定の角度範囲内で発光強度を確保しつつ、消灯時に白色光が反射した際の色ずれを低減することが可能になる。
 特に誘電体多層膜を用いた際は吸収が少ない設計が可能になる利点がある。フォトニック結晶を用いた場合には正面強度を強くしたり、特定の角度に光を向けたりするなどの制御が可能な利点がある。「負の誘電体/正の誘電体/負の誘電体」、を用いた場合は、後述の実施の形態5で説明する。
 本実施の形態において発光点の数は一つではなく、複数であるとなおよい。特に、実施の形態3で示したように「2以上の発光ユニットを垂直に重ねた構成であり、それぞれの発光ユニット単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なる」ように構成されていることがのぞましい。このように構成することで、消灯時の白色光の反射光の色ずれを小さく保ったまま、正面から特定の角度範囲内で発光強度を確保しやすくなる。
 図15に、本実施の形態における他の形態の電界発光素子4C,4Dの光学的に等価なモデルを示す。図15(A)は、透明基板101側および反射電極111a側の両側にマイクロキャビティ111M1,111M2を設けた電界発光素子4Cを示し、図15(B)は、透明基板101側にマイクロキャビティ111M1,111M2を2層設けた電界発光素子4Dを示している。この構成においても、同等の作用効果を得ることができる。
 また、このように二つのマイクロキャビティを設けることで、反射光を白色にするための効果と配光を制御する効果を、マイクロキャビティが一つの場合と比較して強くすることができる。例えば、図15(A)の透明基板側のマイクロキャビティ111M1を発光波長の波長領域で共鳴するように構成し、反射層側のマイクロキャビティ111M2を発光波長の補色の波長領域で共鳴するように構成することが望ましい。マイクロキャビティ111M1で発光波長において光の状態密度が基板側で高い状態となり正面輝度を向上できると同時に、反射層側のマイクロキャビティ111M2で反射光の白色からの色ずれを補正できるという利点を有する。
 (実施の形態5)
 図16に、実施の形態5の電界発光素子5A,5Bの光学的に等価なモデルを示す。図16(A)は、透明基板101側に光学バッファ層111BFを設けた電界発光素子5Aを示し、図16(B)は、反射電極111a側に光学バッファ層111BFを設けた電界発光素子5Bを示している。
 本実施の形態における電界発光素子5A,5Bは、上述の実施の形態4において、マイクロキャビティが発光波長において「負の誘電体/光学バッファ層/負の誘電体」を単位として構成されていることを特徴とする。このような構成にすることで、吸収スペクトルのピークを鋭くできるため、より細かい反射光の色調整ができる利点がある。光学バッファ層は誘電体、もしくは誘電体多層膜、フォトニック結晶などで形成することができる。
 このように構成することで、吸収ピークを鋭く形成でき、白色照明時の反射光の色ずれを低減できる。また、発光点から干渉可能な距離にマイクロキャビティを形成することで、正面から特定の角度の発光強度を確保できる。
 図17に、本実施の形態における他の形態の電界発光素子5Cの光学的に等価なモデルを示すであり、透明基板101側および反射電極111a側の両側に光学バッファ層111BF1,111BF2を設けた電界発光素子5Cを示している。この構成においても、同等の作用効果を得ることができる。
 (実施の形態6)
 次に、図18を参照して、実施の形態6における電界発光素子6について説明する。図18は、本実施の形態における電界発光素子6の光学的な模式図である。なお、構成部材は、図2および図9に示す部材と同じ物を使用している。
 図18に示す電界発光素子6は、重心波長660nmで発光し、「単一色が赤色」である。発光機能層の膜厚L=320nm、反射電極の表面から発光点までの距離d=60nmとしている。
 図18を参照して、L=320nm,d=60nmとした構成において、空気入射の反射率を計算した結果を図19に示す。図19から分かるように、発光重心波長660nm付近の波長675nmに吸収ピークが存在することがわかる。なお、電界発光素子の発光スペクトルは一定の幅が含まれることから、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長に厳密に一致しなくても、本実施の形態の効果は満たされるが、一致させるほど正面強度を強くすることができる。
 より望ましい条件としては、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±25nmに含まれることが望ましく、より望ましくは吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±15nmに含まれることが望ましい。本実施の形態の場合には、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±25nmに吸収ピークが含まれている。
 同時に、発光波長の補色の領域(波長469nm~552nm)に吸収ピークを有することが分かる。このとき、色温度6500Kの標準光(D65)を照射した際の、反射光の黒体軌跡からの偏差Δuvを計算で調べた結果、|Δuv|=0.008と0.01よりも小さいことを確認した。
 また、図18においてL=320nm,d=60nmとした構成において、発光輝度の角度依存性を計算した結果を図20に示す。図20より、θ=60度として、「発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θD≦60度)」を満たすことが確認できる。
 このように、「発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差Δuvの絶対値0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ≦60度)を満たすように、複数の機能層の屈折率と膜厚を構成」することで、正面から一定の角度以内で光強度を確保しつつ、非発光時に外光反射が色づきなく見える発光素子を実現できる。
 (実施の形態7)
 次に、実施の形態7における電界発光素子について説明する。本実施の形態における電界発光素子は、「単一色が赤色であり、赤色、緑色、および、青色の領域の波長吸収ピークを有すること」を特徴としている。
 発光色が「単一色」であるとは、上述したように、国際照明委員会(CIE)の定める白色光からの色座標が十分離れていることを意味する。特に、1978年にアルヴィ・レイ・スミス(Alvy Ray Smith)によって考案されたHSV色空間で見たときには彩度が50%以上であることが望ましく、国際照明委員会(CIE)の定めるYxy色空間で見たときには白色6500Kの白色点からのxy距離が0.1以上あることが望ましい。
 「赤色である」とはHSV色空間で見たときに、色相が0度±60度の範囲に含まれることが望ましく、より望ましくは色相が0度±30度の範囲に含まれることが望ましい。また、重心波長に換算した場合には、重心波長が570nm~780nmに含まれることが望ましく、重心波長が580nm~780nmに含まれることが望ましい。このように構成することで、例えば信号機や信号灯などに利用する際に発光色が赤色であるという情報を視認側へ伝えることが容易になる。
 同様にHSV色空間から波長範囲への変換により、「赤色」の波長範囲は波長570nm~780nmに対応し、望ましくは580nm~780nmに対応する。「緑色」の波長範囲は波長492nm~570nmに対応し、望ましくは510nm~562nmに対応する。「青色」の波長範囲は波長380nm~492nmに対応し、望ましくは380nm~480nmに対応する。
 本実施の形態の電界発光素子は、図18において、L=500nm,d=60nmとした構成に対応する。赤色で発光する発光材料を選択し、この構成において正面から見たときの重心発光波長は650nmであった。
 この構成において、空気入射の反射率を計算した結果を図21に示す。図21から分かるように発光重心波長650nm付近の波長665nmに吸収ピークが存在することがわかる。また、発光色の色座標はCIEの定めるxy色度座標上で(x,y)=(0.70,0.30)であり、白色6500Kの白色点からのxy距離が0.1以上あることを確認し、「赤色の単色」で発光する素子であることを確認した。
 なお、電界発光素子の発光スペクトルは一定の幅が含まれることから、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長に厳密に一致しなくても本実施の形態の効果が満たされるが、一致させるほど正面強度を強くすることができる。より望ましい条件としては、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±25nmに含まれることが望ましく、より望ましくは吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±15nmに含まれることが望ましい。本構成の場合には、吸収ピークが発光スペクトルの重心波長±15nmに吸収ピークが含まれている。
 図21から分かるように、本実施の形態の構成は波長665nm(赤色)、波長515nm(緑色)、波長440nm(青色)の領域に吸収ピークを持つ。このとき、色温度6500Kの標準光(D65)を照射した際の、反射光の黒体軌跡からの偏差Δuvを計算で調べた結果、|Δuv|=0.001と0.005よりも小さいことを確認した。
 また、図18においてL=320nm,d=60nmとした構成において、発光輝度の角度依存性を計算した結果を図22に示す。図22より、θD=50度として、「発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θD≦60度)、を満たす」要件を満たすことが確認できる。
 以上のように「単一色が赤色であり、赤色と緑色と青色の領域の波長吸収ピークを有することを特徴とする」ことで、赤色で発光し、非発光時に外光反射が色づきなく見え、特定の角度範囲で強度を確保できる発光素子を実現できる。
 (実施の形態8)
 次に、実施の形態8における電界発光素子について説明する。ここでは、実施の形態4において説明した、マイクロキャビティの具体例について説明する。マイクロキャビティは光学バッファ層、または「負の誘電体/光学バッファ層/負の誘電体」から形成される。光学バッファ層は、誘電体単膜、「発光波長において屈折率の異なる誘電体を多層重ねた誘電体多層膜」、またはフォトニック結晶から構成される。この概念図を、図23に示す。
 図23(A)に示すマイクロキャビティ111Mは、フォトニック結晶111BFa、誘電体多層膜111BFb、および、誘電体111BFcから構成される。図23(B)に示すマイクロキャビティ111Mは、負の誘電体111BFd、光学バッファ層111BFe、負の誘電体111BFdから構成される。
 このように、発光点から発光波長の距離以内に少なくとも一つのマイクロキャビティを有することで、正面から特定の角度範囲内で発光強度を確保しつつ、消灯時に白色光が反射した際の色ずれを低減することが可能になる。
 特に誘電体多層膜を用いた際は吸収が少ない設計が可能になる利点がある。また、フォトニック結晶を用いた場合には正面強度を強くしたり、特定の角度に光を向けたりするなどの制御が可能な利点がある。
 また、図24に示すマイクロキャビティ111Mとして、透明電極111BFfで導電性を有する透明誘電体111BFgを挟み込んだ構成は、マイクロキャビティ効果を発揮すると同時に、導電性を向上できるという相乗効果がある。図24に示す構成において、より望ましい構成としては透明電極111BFfとして薄膜金属電極を用い、導電性有機材料を用いた透明誘電体111BFgを挟み込んだ構成であり、より強いマイクロキャビティ効果を発揮すると同時に、導電性を確保することができる。
 (実施の形態9)
 次に、実施の形態9における電界発光素子について説明する。図25に、マルチスタック構成にマイクロキャビティを追加した本実施の形態の光学的な模式図に示す。透明基板101上にマイクロキャビティ111Mを設け、その上に単一色を発光する2以上の発光スタックを垂直に重ねた構成であり、それぞれのスタック単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なるように構成されている。単一色の補色の領域の少なくとも2波長に吸収ピークを有することを特徴としている。図25に示すように、マイクロキャビティ111Mの共鳴を調整することにより、配光と反射光の色ずれを効果的に調整することが可能になる。
 以下では図26を参照して、より具体的な実施の形態について説明する。図26に本実施の形態における電界発光素子1Dを示す。なお、構成部材は、図2および図9に示す部材と同じ物を使用している。導電性樹脂111rの光学定数は発光機能層111Fの光学定数とほぼ同じである。マイクロキャビティ111Mは「薄膜金属111c1/導電性樹脂111r/薄膜金属111c1」で構成されている。このように構成することで、薄膜金属111c1の電極の導電性を補助できると同時に、強いマイクロキャビティ効果を発揮できる。
 図26に示す電界発光素子1Dは、d1=270nm、d2=60nm、L=460nm、LC1=95nmとする。なお、d1は反射電極表面から発光点1までの距離であり、d2は反射電極111xの表面から発光点2までの距離であり、Lは発光機能層111Fの膜厚であり、LCはマイクロキャビティ111Mを構成する導電性樹脂111rの膜厚である。
 いずれのユニットにおいても、赤色で発光する発光材料を用いており、本構成における発光重心波長は641nmで赤色の領域だった。発光色の色座標はCIEの定めるxy色度座標上で(x,y)=(0.70,0.30)であり、白色6500Kの白色点からのxy距離が0.1以上あることを確認し、「赤色の単色」で発光する素子であることを確認した。本構成において、正面反射率の波長依存性を調べた結果を、図27に示す。
 本実施の形態の電界発光素子1Dに示すように、マイクロキャビティ111Mを設けることにより、赤の補色の領域である波長550nmの緑色の領域に吸収ピークを追加できたことが確認される。また、図より青の領域にも吸収ピークを有することが分かる。このとき、色温度6500Kの標準光(D65)を照射した際の、反射光の黒体軌跡からの偏差Δuvを計算で調べた結果、|Δuv|=0.007と0.01より小さいことを確認した。
 特に、本構成においては、図26に示すように反射電極111xと薄膜電極111c1の間の干渉を発光機能層111Fの膜厚を変化させることで調整し発光波長で共鳴するように設定することが望ましく、マイクロキャビティ111Mの共鳴を発光波長と補色の領域波長で共鳴するように設定することが望ましい。このように設定することで、発光波長における正面強度を向上しつつ、反射光が色づいてしまう課題を解決できる。
 図28に、発光輝度の角度分布、ならび各ユニットを単体で発光させた時の輝度分布を示す。図からわかるように、発光点1の強度ピーク角度は20度であり、発光点2の強度ピーク角度は10度である。このように、それぞれのユニット単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なるように構成することで、特定の角度範囲でばらつきの少ない発光強度を確保できる。
 以上のように、「単一色を発光する2以上の発光ユニットを垂直に重ねた構成であり、それぞれのスタック単体で発光した際の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なるように構成されており、単一色の補色の領域の少なくとも2波長に吸収ピークを有し」かつ「光点から発光波長の距離以内に少なくとも一つのマイクロキャビティを含む」ことで、単一色を発光する電界発光素子において、非発光時に外光反射が色づきなく見え、特定の角度範囲で強度を確保できる発光素子を実現でき、マイクロキャビティにおける光の共振を強くできより配光と外光反射の色づきを改善できることがわかる。特に、本構成においてはマイクロキャビティが単一色の補色の領域に共鳴吸収波長を持つことが望ましく、このようにすることで単一色の補色の領域の少なくとも2波長に吸収ピークを持たせることが容易になり、反射光が色づきをより低減できる効果を有する。
 マイクロキャビティ111Mの位置は、発光の視認側に限らず、バックキャビティ型であってもよい。図29に、図26に示す電界発光素子1Dの構成をバックキャビティ型に変換した電界発光素子1Eの構成を示す。この構成においても、マイクロキャビティ111Mの設計を適切に行うことで、同様の作用効果を得ることができる。バックキャビティ型にした場合には、厚膜金属電極特有のプラズモン損失を低減できるという効果も得られる。
 以下、本実施の形態の電界発光素子を実施する上で望ましい部材等の要素について説明する。
 [透明部材]
 本実施の形態に用いられる透明部材として望ましい材料について説明する。均一な面発光および高効率な面発光を実現するためには、透明部材の透過率が高い方が望ましい。具体的にはJIS K 7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が80%以上のものが透明部材として好ましく用いられる。また、透明部材としては、フレキシブル性に優れている材質が好ましく用いられる。
 透明部材としては、たとえば、樹脂基板、樹脂フィルム等が好適に挙げられるが、生産性の観点並びに軽量性及び柔軟性といった性能の観点から、透明樹脂フィルムを用いることが好ましい。透明樹脂フィルムとは、JIS K 7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が50%以上のものをいう。
 好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限はなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。かかる透明樹脂フィルムとしては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK(登録商標))樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。
 上記した全光線透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本実施の形態に係る透明部材としてより好ましく用いられる。かかる透明部材としては、中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの観点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム又はポリカーボネートフィルムが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム又は二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムがより好ましい。
 また、フィルム状の基材の表面又は裏面には、無機物の被膜、有機物の被膜、又は、無機物及び有機物のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、かかる被膜が形成された基材は、JIS K 7129-1992に準拠した方法で測定した水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m・24h)以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらには、JIS K 7126-1987に準拠した方法で測定した酸素透過度が、1×10-3ml/m・24h・atm以下、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
 高バリア性フィルムとするためにフィルム状の基材の表面又は裏面に形成されるバリア膜を形成する材料としては、水分、酸素等といった素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、たとえば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに当該バリア膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層との積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
 本実施の形態に係る透明部材には、濡れ性及び接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理及び易接着層については、従来公知の技術を使用することができる。たとえば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるために2層以上の構成にしてもよい。
 [透明電極]
 透明電極として用いられる材料としては透明酸化物半導体(ITO,IZO,ZnO,InGaO)等が挙げられる。透明酸化物半導体は屈折率が有機材料に近く、光子発生層から見た反射率が低いという特徴を有する。このため高効率の素子の実現に有利である。
 透明電極層としては透明酸化物半導体の他に塗布法を用いて低コストで作成が可能な導電性樹脂を透明電極に用いてもよい。電子輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料としては、ペリレン誘導体やPCBM(フェニルC61酪酸メチルエステル)等のフラーレン誘導体が考えられる。たとえばPCBMの場合は可視光の光学定数は(屈折率n=2.2、消衰係数k=0.25)であり、光子発生層から見た電極反射率は屈折率1.5の樹脂と比較して高くなる。
 正孔輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料は、PEDOTPoly(3,4-ethylenedioxythiophene))/PSS(Poly(4-styrenesulfonate))、P3HT(Poly(3-hexylthiphene))、P3OT(Poly(3-octylthiophene)、P3DDT((Poly(3-dodecylthiophene-2,5-Diyl))))、F8T2(フルオレンとバイチオフェンとの共重合体)などが例示される。
 たとえば、PEDOT/PSSの場合は可視光の光学定数は(屈折率n=1.5、消衰係数k=0.01)であり、光子発生層から見た電極反射率は屈折率1.5の樹脂と同等の値と取り、PCBMよりも反射率は低めになる。さらに、透明電極の電気伝導度を高めるために金属メッシュ、金属ナノワイヤ、金属ナノ粒子等を併用してもよい。この場合は、金属ナノワイヤを用いた電極の電子伝導性が高まるために、平均的な屈折率が低くなり、光子発生層から見た反射率が高くなる傾向がある。本実施の形態では光子発生層から見た反射率が低い透明電極材料が導波モードを散乱させた光を効率良く透明基板に取り出せるので望ましい。
 透明電極としては、別に薄膜金属電極が挙げられる。また、その中で特にたとえば、特開2011-146144号公報に開示されるように、窒素含有の下地層と薄膜金属を組み合わせた透明電極を用いることが望ましい。窒素含有の下地層は薄膜金属を連続膜に成膜させる性質を持つ。連続膜として成膜された薄膜金属は界面のフレネル反射率が高いため、光の干渉効果を高くできるため、本実施の形態に適する。
 ここで言う、金属とは面発光パネルの発光波長において複素非誘電率の実部が負である材料である。複素比誘電率εは界面反射に関係する光学定数であり屈折率nと消衰係数κを用いて、以下の式(29)と表すことができる物理量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
 ここで、PとEはそれぞれ分極と電界、εは真空中の誘電率である。式(29)からnが小さくκが大きいほど複素比誘電率の実部が小さくなることがわかる。これは電界の振動に対して電子の振動によって分極応答の位相がずれる効果を現している。式(29)で示される複素比誘電率の実部が負になると、電界振動と分極応答が逆転することを意味し、これが金属の特性となる。逆に、素比誘電率の実部が正の場合は電界の方向と分極応答の方向が一致し、誘電体としての分極応答を示す。まとめると、複素比誘電率の実部が負である媒質が金属であり、複素比誘電率の実部が正の物質が誘電体である。
 一般に、屈折率nが小さく消衰係数κが大きいほど電子がよく振動する材料であることを意味する。電子輸送性が高い材料は屈折率nが小さく消衰係数κが大きい傾向がある。特に金属電極においてはnが0.1程度であるのに対し、消衰係数κは、2~10と大きな値を持ち波長に対する変化率も大きい。従って、屈折率nが同じ値でも消衰係数κの値が大きく違い、電子輸送性能に大きな差が出ることが多い。
 本実施の形態では、透明電極の材料はフレネル反射率を高める金属であることが望ましい。より具体的な屈折率の要件としては屈折率nが小さく、電子の応答を良くするために消衰係数κが大きい金属がのぞましい。たとえば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、カルシウム(Ca)が望ましい。他の例では、酸化され難い利点も持つ金(Au)が考えられる。別の材料として、銅(Cu)があり、同材料は導電性がよいという特徴を持つ。
 その他には熱的性質や化学的性質が良く高温でも酸化されにくく基板材料との化学反応も起さない特徴がある材料として、白金・ロジウム・パラジウム・ルテニウム・イリジウム・オスミニウムなどが挙げられる。また複数の金属材料を用いた合金を用いてもよい。特にMgAgやLiAlは薄膜透明金属電極としてもよく用いられる。
 特に望ましい薄膜金属の膜厚dとしては消衰係数κと発光波長λを用いて光強度1/eに減衰する距離から、下記の式(30)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
 より具体的な数字で言えば波長475nmにおいてAg薄膜を用いた場合には消衰係数κが2.7であることから、下記の式(31)となる。したがって、膜厚は13.9nm以下が望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
 [負の誘電体]
 負の誘電体とは、式(29)で与えられる複素比誘電率が発光波長において負となる材料である。典型的には薄膜金属が挙げられるが、フォトニック結晶なども特定波長で負の誘電率を実現できる。本実施の形態において金属薄膜を負の誘電体として用いた場合には、吸収ピークを鋭くできるため反射光の色ずれを細かく制御できる利点がある。一方、フォトニック結晶を用いた場合には、発光の配光を特定角度に近づけることができたり、設計によって特定波長の吸収ピークを形成できる利点がある。
 [光学バッファ層]
 光学バッファ層としては誘電体や誘電体多層膜のほか、フォトニック結晶構造を用いることができる。誘電体多層膜やフォトニック結晶構造を作成するためには、複数の誘電率を持つ材料を組み合わせる必要があり、誘電体材料は光子発生層で光が発生する波長において透明であることが望ましい。透明な材料としては、透明部材として用いられる材料を利用できる。具体的な材料としては、TiO(屈折率n=2.5),SiOx(屈折率n=1.4~3.5)などを用いることができる。その他の誘電体材料の例としては、ダイヤモンド、弗化カルシウム(CaF)、チッ化シリコン(Si)などが例示できる。
 樹脂材料としても塩化ビニル、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、テフロン(登録商標)、ポリイミド、フェノール樹脂などが例示され、屈折率も1.4~1.8のものが存在する。またナノ粒子などを混合して屈折率を高くしたり低くしたり制御する技術も存在し、中空ナノシリカを混合したプラスチック材料では屈折率を1に近づけることが可能である。また、TiO等の高屈折率材料の粒子を樹脂に混合することにより、2に近い屈折率を実現することも可能である。
 光学バッファ層に関わる本実施の形態の設計変数としてはバッファ層を構成する各部材の厚みと複素比誘電率が挙げられる。なお、複素比誘電率は屈折率と消衰定数から式(29)を用いて計算され、複屈折率を有する場合は3次元の軸方向に成分をもつテンソル量として定義される。また、光学バッファ層が複数の部材で構成される場合は、それぞれの部材の構造を決めるための変数と光学定数を設計変数に含める。
 [反射電極]
 反射電極の材料としては透明薄膜金属層の材料として例示した金属材料を用いることができる。その他合金や金属ナノ粒子を含有したインクなどを用いてもよい。また、透明電極と誘電体多層膜ミラーや金属凹凸構造やフォトニック結晶を反射層と組み合わせて用いてもよい。誘電体多層膜ミラーや金属凹凸構造やフォトニック結晶を反射層として用いた場合には、反射層でのプラズモン損失をなくすことができる利点がある。
 反射電極に関わる本実施の形態の設計変数としては部材の厚みと複素比誘電率が挙げられる。なお、複素比誘電率は屈折率と消衰定数から式(29)を用いて計算され、複屈折率を有する場合は3次元の軸方向に成分をもつテンソル量として定義される。また、反射電極が複数の部材で構成される場合は、それぞれの部材の構造を決めるための変数と複素比誘電率を設計変数に含める。
 [各ユニットを単体で光らせた場合の光強度のピーク角度]
 本文中では「発光強度ピーク角度」、あるいは単純に「ピーク角度」と表記している場合がある。以下ではピーク角度の定義について説明する。図30に説明のための図面を示す。空気中に面発光パネルを配置し、面発光パネルの面法線から角度θを成す方向にディテクタを配置して、光強度の角度依存性D(θ)を測定する。ここで、電界発光素子は一つの発光ユニットのみ発光する状態にしておく。
 たとえば図12に示す電界発光素子2で第1発光ユニット110Bのみ測定する場合は、第1発光ユニット110Bの光子発生層111b3のみ発光するようにする。より具体的には、光学シミュレータで図30に示すモデルを用い、第1発光ユニット110Bのみ発光するような状態における光強度の角度依存性D(θ)を計算すればよい。また光学的に等価な素子を作成して空気中で測定すればよい。
 こうして測定されたD(θ)をグラフに描き、極大値となる角度を求める。設計によってはピーク角度が二つ以上現れる場合があるが、本実施の形態においては最も強度の強い極大ピーク、もしくは最も正面に近い極大ピークを利用するものとする。
 また光強度については、全波長の積分強度、視感度で重み付けがされた輝度、のどちらかが用いられ得る。特に、人間の視覚に合わせた光強度が測定できるので、視感度で重み付けがされた輝度を用いることが望ましい。
 本実施の形態では、特定の角度θに対して、下記の式(1)を満たすことが必要である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
 一般に完全拡散光の光強度の角度依存性は、下記の式(32)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
 ここでD(0)は正面強度である。したがって、D(0)cosθよりも強度が強いということは拡散反射する板よりも視認性がよいとことを示す。これは、特定の角度範囲において視認性良く情報を伝えるための照明(装飾照明用ダウンライト、劇場の色つきスポットライト、信号用色つき懐中電灯、信号機、車の色つきフロントライトやバックライトやブレーキランプ等)の応用に際して重要な特性である。また、このような応用の場合特定の角度以上においてはあまり光って見えないことが望ましい。したがって、下記の式(33)を満足することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
 上記実施の形態における電界発光素子においては、単一色を発光し複数の機能層を有する電界発光素子であって、発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差(Δuv)の絶対値が、0.02未満であり、発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θD≦60度)の式を満たすように、複数の上記機能層の屈折率および膜厚が構成されている。
 他の形態においては、θDは、30度である。他の形態においては、当該電界発光素子は、単一色を発光する2以上の発光ユニットを垂直に重ねた構成を含み、それぞれの上記発光ユニットを単体で発光させた場合の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なり、上記単一色の補色の領域の少なくとも2波長に吸収ピークを有する。
 他の形態においては、上記単一色が赤色であり、赤色、緑色、および、青色の領域の波長吸収ピークを有する。
 他の形態においては、当該電界発光素子は、発光点を有し、上記発光点から発光波長の距離以内に、少なくとも一つのマイクロキャビティを含む。
 他の形態においては、上記マイクロキャビティは、発光波長において、負の誘電体層、正の誘電体層、および、負の誘電体層、を単位として構成されている。
 以上、実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本実施の形態の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
 1,1D,1E,2,4,4A,4B,4C,4D,5A,5B,5C,6 電界発光素子、101 透明基板、110B 第1発光ユニット、110C 第2発光ユニット、111F 発光機能層、111BF,111BF1,111BF2 光学バッファ層、111BFc,111BFd 誘電体、111BFf,111c 透明電極、111BFg 透明誘電体、111a,111x 反射電極、111b1 電子注入層、111b2 電子輸送層、111b3 光子発生層、111c1 薄膜金属、111c2 下地層、111r 導電性樹脂。

Claims (6)

  1.  単一色を発光し複数の機能層を有する電界発光素子であって、
     発光波長に吸収ピークを有しかつ、波長380nm~780nmの範囲の発光波長の補色の領域に少なくとも1以上の吸収ピーク含み、
     白色照明時の正面反射光の色座標の黒体軌跡からの偏差(Δuv)の絶対値が、0.02未満であり、
     発光強度の角度依存性をD(θ)とした場合に、下記の式(1)を満たすように、複数の前記機能層の屈折率および膜厚が構成されている、電界発光素子。
     D(θ)≧D(0)cosθ(0≦θ≦θ≦60度)・・・式(1)
  2.  θは、30度である、請求項1に記載の電界発光素子。
  3.  当該電界発光素子は、単一色を発光する2以上の発光ユニットを垂直に重ねた構成を含み、
     それぞれの前記発光ユニットを単体で発光させた場合の発光強度の角度依存性の強度最大角度がそれぞれ異なり、
     前記単一色の補色の領域の少なくとも2波長に吸収ピークを有する、請求項1または請求項2に記載の電界発光素子。
  4.  前記単一色が赤色であり、赤色、緑色、および、青色の領域の波長吸収ピークを有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電界発光素子。
  5.  当該電界発光素子は、発光点を有し、
     前記発光点から発光波長の距離以内に、少なくとも一つのマイクロキャビティを含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電界発光素子。
  6.  前記マイクロキャビティは、発光波長において、負の誘電体層、正の誘電体層、および、負の誘電体層、を単位として構成されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電界発光素子。
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